НАУКА И ОБЩЕСТВО
Б01: 10.7868/80869587315020036
В проекте Энергетической стратегии России на период до 2035 г. впервые поставлена задача перехода к ресурсно-инновационному развитию топливно-энергетического комплекса (ТЭК) как локомотива развития экономики страны. Авторы обращают внимание на необходимость воссоздания всех этапов разработки и производства отечественных энергетических газовых турбин большой мощности — важнейшего элемента инновационных парогазовых блоков высокой эффективности, приводятся примеры новых энергетических технологий, внедрение которых могло бы составить первый этап реализации стратегии.
С ЧЕГО СЛЕДОВАЛО БЫ НАЧАТЬ РЕАЛИЗАЦИЮ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ
СТРАТЕГИИ РОССИИ
О.Н. Фаворский, В.М. Батенин, В.М. Масленников
Обсуждение проекта Энергетической стратегии на период до 2035 г. проходит в сложное для страны время, когда темпы роста ВВП страны снижаются в разы, роль энергетического комплекса как локомотива развития, что предусматривалось Энергетической стратегией на период до 2030 г. (ЭС-2030) [1], ставится под сомнение, всё более жёстко проявляется международная конкуренция на рынке энергетических ресурсов, обостряются политические противоречия, связанные с неприятием рядом стран притязаний США на роль гегемона в политических и экономических вопросах.
Проект ЭС-2035 направлен на коренное изменение целей и механизмов развития топливно-энергетического комплекса страны, на переход от ресурсно-сырьевого к ресурсно-инновационному развитию ТЭК и от "локомотива развития" к стимулирующей инфраструктуре, обеспечивающей создание условий для развития российской экономики, включая её диверсификацию, рост технологического уровня, минимизацию инфраструктурных ограничений. Такая постановка за-
дачи, разумеется, обоснована, хотя и явно запоздала. Возникает вопрос: возможно ли достижение поставленной цели путём реализации мероприятий только в рамках ТЭК? Не претендуя на исчерпывающий ответ на этот вопрос, проанализируем ситуацию на примере развития электроэнергетики страны и в первую очередь её основной составляющей — генерации энергии.
В проекте ЭС-2035 отмечается, что производство электроэнергии уверенно движется в прогнозном коридоре ЭС-2030: ввод новых мощностей за период 2008—2012 гг. составил 12.5 ГВт, а инвестиции увеличились в 2 раза. Рост спроса на электроэнергию в этот период отставал от прогнозируемого и в 2013 г., по существу, прекратился. Нетто-экспорт электроэнергии в 2012 г. оказался ниже уровня 2008 г. на 6.3%. Исходя из прогнозов развития экономики страны, в ЭС-2035 планируется, что к 2035 г. в тепловой генерации будет выведено из эксплуатации свыше 70 ГВт физически изношенного и морально устаревшего оборудования и введено свыше 100 ГВт мощно-
ФАВОРСКИИ Олег Николаевич - академик, заместитель академика-секретаря Отделения энергетики, машиностроения, механики и процессов управления РАН. БАТЕНИН Вячеслав Михайлович — член-корреспондент РАН, советник РАН. МАСЛЕННИКОВ Виктор Михайлович — доктор технических наук, главный научный сотрудник Объединённого института высоких температур РАН, заслуженный энергетик РФ. ptped@oem.ras.ru; vbat@oivtran.ru; ivtmaslen@mail.ru
стей с применением передовых технологий на базе газотурбинных установок (ГТУ).
Большинство районных тепловых станций (РТС) и котельных, работающих на газе, будет переоборудовано в малые ГТУ-ТЭЦ, что позволит дополнительно получить около 20 ГВт электрической мощности при относительно небольшом увеличении расхода газа и сохранении объёмов теплоснабжения. Генерирующие установки, работающие на угле, будут создаваться с использованием котлов с циркулирующим кипящим слоем, а также суперсверхкритических параметров пара, газификации угля, энерготехнологических циклов.
Предполагается широкое распространение установок распределённой генерации с использованием ГТУ и двигателей внутреннего сгорания (ДВС) в сочетании с возобновляемыми источниками энергии. Всё это отражает мировые тенденции развития электроэнергетики на ископаемых видах топлива.
В обстановке антироссийских санкций со стороны США и Евросоюза резко возрастает необходимость снижения экспортной зависимости ведущих отраслей экономики, в первую очередь энергетики. Распоряжением Правительства РФ от 3 июля 2014 г. № 1217-р утверждён план мероприятий по внедрению инновационных технологий и современных материалов в отраслях ТЭК на период до 2018 г. Цель плана состоит в устранении одного из основных сдерживающих факторов развития ТЭК — отсутствия поддержки инновационных проектов по принципу технологического коридора — от прикладных научно-исследовательских работ до внедрения и тиражирования результатов, а также воссоздания и развития научно-технического и кадрового потенциала.
Опираясь только на экспертные оценки и мировой опыт, можно достаточно точно определить приоритетные направления технологического развития, но приоритет той или иной конкретной технологии в рамках направления требует более тщательного, в том числе и количественного, анализа. Необходим учёт условий размещения объектов, выбора оборудования, оценки термодинамической эффективности, эксплуатационных и капитальных затрат, определения источников и условий финансирования.
В мировой практике накоплен опыт предварительной сравнительной оценки эффективности использования различных энергетических технологий. В России такой опыт отсутствует. Прямое же сравнение, например, капитальных затрат при строительстве однотипных энергетических объектов у нас и в США показывает, что стоимость установленного киловатта на новых объектах в нашей стране в 1.5 раза выше, чем в Америке. Подход, опирающийся на постоянное сравнение с американскими аналогами при анализе эффек-
тивности различных технологий, в отечественных условиях явно неприемлем. Необходимо выяснить основные причины столь существенного превышения капитальных затрат в России. Капитальные затраты — это лишь один из критериев оценки эффективности предлагаемых новых технологий. Стоимостные сравнения по многим составляющим не всегда возможны. Наиболее объективным, на наш взгляд, является сравнение эффективности новой технологии с хорошо известным эталонным объектом, в качестве которого может быть выбран типовой паротурбинный энергоблок. В результате можно провести ранжирование многих новых технологий и составить их иерархию ещё до детального и затратного технико-экономического анализа, который, конечно, необходим, но после выбора приоритетной технологии.
Ранжирование и выстраивание иерархии технологий позволяет уже на предварительном этапе выбрать, например, перспективные схемы энергоблоков для районов Новой Москвы, определить рациональную структуру реконструкции РТС с использованием в качестве надстройки газотурбинных или газопоршневых двигателей, прогнозировать создание энергоблоков средней мощности для распределённого энергоснабжения с применением тригенерации при предельно высоких (до 100%) коэффициентах использования топлива.
Климатическое разнообразие регионов страны, особенности размещения источников первичных энергоресурсов, потребителей электроэнергии и тепла делает разработку методики и количественное ранжирование технологий неотложной задачей. Результаты ранжирования необходимы в первую очередь для государственных структур и инвесторов, осуществляющих предусмотренный Энергетической стратегией ввод новых мощностей. Именно они должны заказывать работу по созданию базовой иерархической структуры новых мощностей и по её постоянному пополнению путём анализа новых разработок.
Объединённый институт высоких температур РАН (ОИВТ РАН) имел опыт проведения подобной работы в рамках советско-американского сотрудничества в 1980-е годы [2] и готов совместно с другими научными организациями выполнить эту работу. Её значимость особенно ярко проявляется сегодня, когда в условиях действия экономических санкций срочно потребовалось уточнить перспективные технологии и сформулировать наиболее важные национальные проекты в области энергетики. Ясно, что первоочередное развитие должны получить инновационные, конкурентоспособные на мировом рынке энергетические технологии с минимальными капитальными затратами, базирующиеся на возможностях отечественного машиностроения с полным
импортозамещением. Эффективность тепловых электростанций (ТЭС) определяется прежде всего законами термодинамики, требующими максимально повышать температуру рабочего тела. Именно это является основным преимуществом комбинированных парогазовых установок (ПГУ), определяющих лицо современной энергетики. Замена эксплуатируемых в России паротурбинных ТЭС с КПД 35-38% на ПГУ с КПД 55-60% позволит уменьшить потребление газа в электроэнергетике не менее чем на 45 млрд. м3 в год, что сравнимо с объёмами поставок газа по "Северному потоку".
В ПГУ основным наукоёмким элементом является газовая турбина. Более сложной и тяжело нагруженной детали, нежели современная лопатка газовой турбины, человечество никогда не создавало. Здесь сливаются все достижения науки — по материалам, газовой динамике, теплообмену, прочности и сложности технологии изготовления.
В 1968 г. коллектив разработчиков Ленинградского металлического завода создал первую в мире двухвальную газовую турбину мощностью 100 МВт. В 1970-е годы в СССР начала работать опытная ПГУ. Однако увлечение атомной энергетикой и перспективами магнитной гидродинамики как методом производства энергии полностью перекрыло дорогу газовым турбинам и парогазовым установкам. В результате крупные энергоблоки в России сооружаются с использованием ГТ, производимых на совместных предприятиях по иностранным лицензиям, причём, как правило, локализация производства оборудования на нашей территории никогда не достигает 100%, наиболее ответственные, инновационные элементы остаются собственностью иностранного партнёра. Мы уже отмечали [3] возникающую при этом угрозу энергетической безопасности страны не только с точки зрения обеспечения работоспособности оборудования в условиях применения, например, международных санкций, но и потери научного, конструкторского, технологического и производственного пот
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.